JPH10175180A

JPH10175180A - 脚式移動ロボットの足底接地位置検出装置

Info

Publication number: JPH10175180A
Application number: JP8338341A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kawai; 孝之河井; Toru Takenaka; 透竹中; Takashi Matsumoto; 隆志松本; Tadaaki Hasegawa; 忠明長谷川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 1998-06-30
Anticipated expiration: 2016-12-18
Also published as: US5974366A; JP3626303B2

Abstract

(57)【要約】【課題】脚式移動ロボットの可動脚の着床あるいは離床
時の足底の接地位置を、床面の汚れによる影響やセンサ
の損傷を排除しつつ、簡単な構成で、しかも簡単な演算
処理で精度よく検出することができる脚式移動ロボット
の足底接地位置検出装置を提供する。【解決手段】ロボットＲの足平部７の上方に力センサ６
を設け、ロボットＲが階段Ｓを昇降するに際して足底７
ａに垂直な方向（Ｚ軸方向）の力成分Ｆz と、前後方向
（Ｘ軸方向）の力成分Ｆx と、左右方向（Ｙ軸方向）の
軸回りのモーメントＭy とを検出して、これらの検出値
から足底７ａに作用する抗力の中心（床反力中心）の位
置ｘを逐次求める。力成分Ｆz の検出値から足底７ａの
着床開始時点や離床終了時点を検知し、その検知時点近
傍の時間範囲で求めた位置ｘから足底７ａの着床開始接
地位置や離床終了接地位置を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、脚式移動ロボット
に関し、詳しくは、階段の昇降等の移動時における足底
の着床あるいは離床の際の足底の接地位置を検出する装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】二足歩行式ロボット等、脚式移動ロボッ
トにおいては、例えば階段での移動（昇降）、あるいは
凹凸のある箇所での移動に際して、その安定した移動制
御を行うために、可動脚の足底の接地位置（足底の床に
接触している部位の位置）を検出することが望まれ、特
に、足底の着床時における接地位置や離床時における接
地位置を検出することが望まれる。

【０００３】すなわち、例えば二足歩行式ロボットが、
ある歩容（歩幅等の歩行形態）で階段を昇る場合におい
て、一方の可動脚が階段面に着床した時の足底の接地位
置が爪先側に偏り過ぎていると、現在の歩容のままで
は、次に他方の可動脚が上側の階段面に着床する際に、
踏み外す虞れがあり、このような場合には、ロボットの
歩容を修正する等（歩幅を大きくする等）の処置を施す
必要がある。同様に、二足歩行式ロボットが階段を降り
る場合において、一方の可動脚が階段面から離床した時
の足底の接地位置が踵側に偏り過ぎていると、現在の歩
容のままでは、その離床した可動脚が次に下側の階段面
に着床する際に、踏み外す虞れがあり、このような場合
にも、ロボットの歩幅を修正する等（歩幅を小さくする
等）の処置を施す必要がある。

【０００４】従って、このようなロボットの歩容の修正
等を行うために、足底の着床時における接地位置や離床
時における接地位置を検出することが望まれるのであ
る。

【０００５】一方、ロボットの移動時の足底の接地位置
を検出する技術としては、従来、例えば特開平３−１８
４７８１号公報や特開平７−２０５０８５号公報に本願
出願人が開示したものが知られている。

【０００６】上記特開平３−１８４７８１号公報に開示
されたもの（同号公報の第２２図〜第２５図のもの）で
は、可動脚の足底面に多数の接触センサをマトリクス状
に配置し、それらの接触センサの出力を処理すること
で、足底に作用する荷重分布を把握し、それにより足底
の接地位置を検出するようにしている。

【０００７】また、特開平７−２０５０８５号公報に開
示されたものでは、ロボットの足の両側に反射式光セン
サを設け、その光センサの出力によりロボットの足底に
接触する階段面のエッジを認識することで、該階段面に
対する足底の接地位置を検出するようにしている。

【０００８】しかしながら、前者の技術では、足底面に
接触センサを配置するため、移動時の着床の際等に、足
底面に作用する衝撃によって該接触センサの損傷を生じ
やすい。そして、これを回避するために、該接触センサ
をゴム等の弾性材により被覆した場合には、足底面に作
用する荷重分布を精度よく検出することが困難なものと
なってしまう。また、多数の接触センサを必要とするた
め、それらの接触センサの出力処理が多大な演算処理を
要するものとなってしまう。

【０００９】また、後者の技術では、光センサが非接触
のものであるため、その損傷等の虞れは少ないものの、
移動を行う床面の汚れ等の影響を排除するためには、該
床面に適宜、反射テープ（マーカ）を付設しておく必要
があり、このため、コスト的に不利なものとなりやす
い。さらに、このように反射テープを付設しても、該反
射テープの汚れが生じた場合には、精度のよい検出を行
うことが困難なものとなってしまう。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる背景に
鑑み、脚式移動ロボットの可動脚の着床あるいは離床時
の足底の接地位置を、床面の汚れによる影響やセンサの
損傷を排除しつつ、簡単な構成で、しかも簡単な演算処
理で精度よく検出することができる脚式移動ロボットの
足底接地位置検出装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の脚式移動ロボッ
トの足底接地位置検出装置はかかる目的を達成するため
に、複数の可動脚の足底の着床・離床を繰り返して移動
する脚式移動ロボットにおいて、前記各可動脚の足底面
から該可動脚の基部側に離間した所定の部位に、少なく
とも前記足底面に垂直な方向に作用する垂直力と、前記
足底面の所定の基準点を通る該足底の左右方向の軸回り
のモーメントとを検出するための力センサを設け、該力
センサの出力から検出される前記垂直力に基づき、各可
動脚の足底の着床又は離床を検知し、その検知時点又は
その近傍の時間範囲において前記力センサの出力から検
出される前記垂直力及びモーメントから該足底の着床開
始接地位置又は離床終了接地位置を求めることを特徴と
するものである。

【００１２】かかる本発明において、前記各可動脚が離
床応対から着床する際には、該可動脚の足底が急に床か
ら抗力を受け、また、該可動脚が着床状態から離床する
際には、該可動脚の足底が床から受ける抗力が急に解除
されるので、前記足底面に垂直な方向に作用する垂直力
に基づいて、各可動脚の足底の着床や離床を検知するこ
とができる。一方、本願発明者等の知見によれば、この
着床あるいは離床の際において、足底面に適当な基準点
を設定したとき、その基準点から足底の床に接触してい
る部位（足底が床から受ける抗力の中心部）までの距離
は、前記力センサの出力から検出される前記垂直力及び
モーメントとの間に所定の相関関係を有する。従って、
足底の着床あるいは離床の検知時点又はその近傍の時間
範囲において前記力センサの出力から検出される前記垂
直力及びモーメントによって、該足底の着床開始接地位
置又は離床終了接地位置を求めることができる。

【００１３】この場合、かかる本発明では力センサによ
る検出値を用いて足底の着床開始接地位置又は離床終了
接地位置を求めるので、床面の汚れの影響を受けること
はなく、また、該力センサは、足底面から離間して設け
られて、床面に直接的に接触することはなく、着床時等
に該力センサが損傷してしまうようなことはない。さら
に、足底の着床開始接地位置又は離床終了接地位置を求
めるに際しては、前記垂直力及びモーメントが検出でき
ればよいので、簡単な演算処理で足底の着床開始接地位
置又は離床終了接地位置を求めることができ、また、該
力センサは例えば周知の６軸力センサを用いて簡単に構
成することができる。

【００１４】従って、本発明によれば、脚式移動ロボッ
トの可動脚の着床あるいは離床時の足底の接地位置を、
床面の汚れによる影響やセンサの損傷を排除しつつ、簡
単な構成で、しかも簡単な演算処理で検出することがで
きる。

【００１５】かかる本発明では、前記垂直力があらかじ
め定めた所定値以上に上昇した時、前記足底の着床を検
知し、また、前記垂直力があらかじめ定めた所定値以下
に下降した時、前記足底の離床を検知することで、足底
の着床や離床を簡単に検知することができる。

【００１６】また、本発明では、前記力センサの出力か
ら検出される前記垂直力及びモーメントから前記足底に
床から作用する抗力の中心位置を時々刻々求め、前記足
底の着床又は離床の検知時点又はその近傍の時間範囲に
おいて求められた前記中心位置により前記足底の着床開
始接地位置又は離床終了接地位置を求める。

【００１７】すなわち、足底の着床あるいは離床の際に
足底の床に接触している部位は足底に床から作用する抗
力の中心位置であり、この中心位置を前記垂直力及びモ
ーメントから時々刻々求めておくことで、前記着床や離
床の検知時点又はその近傍の時間範囲において求められ
た前記中心位置により前記足底の着床開始接地位置又は
離床終了接地位置を直ちに把握することができる。

【００１８】この場合、前記着床や離床の検知時点にお
ける前記中心位置をそのまま足底の着床開始接地位置又
は離床終了接地位置として求めてもよいが、前記着床の
検知時点から所定時間後までに求められた前記中心位置
の時系列データに基づき前記足底の着床開始接地位置を
求め、また、前記離床の検知時点から所定時間前までに
求められた前記中心位置の時系列データに基づき前記足
底の離床終了接地位置を求めることが好ましい。

【００１９】すなわち、着床や離床の瞬間における前記
力センサの検出値はばらつきを生じやすく、ひいては、
その検出値から求められる前記中心位置もばらつきを生
じやすい。従って、着床に際しては、その検知時点から
所定時間後までの前記中心位置の時系列データを用いて
前記着床開始接地位置を求め、また、離床に際しては、
その検知時点から所定時間前までの前記中心位置の時系
列データを用いて前記着床開始接地位置を求めること
で、該着床開始接地位置や離床終了接地位置を、前記力
センサの不自然な検出値を排除しつつ統計的に精度よく
求めることができる。

【００２０】このように前記中心位置の時系列データを
用いて着床開始接地位置や離床終了接地位置を求める場
合、本願発明者等の知見によれば、前記中心位置の時系
列データの平均値に、該時系列データの分散の平方根、
又は該平方根とあらかじめ定めた所定の補正係数との積
を加えたものを前記足底の着床開始接地位置や前記足底
の着床開始接地位置として求めることで、求められる着
床開始接地位置や離床終了接地位置の精度を特に高める
ことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態を図１乃
至図６を参照して説明する。

【００２２】まず、図１乃至図３を参照して、本実施形
態の足底接地位置検出装置を備えた脚式移動ロボットの
概要構成を説明する。図１は本実施形態におけるロボッ
トが例えば階段を昇っている様子を示す模式的説明図、
図２は該ロボットが階段を降りている様子を示す模式的
説明図、図３は図１の部分拡大図である。

【００２３】本実施形態ではロボットＲは二足歩行型の
ものであり、胴体１下部の腰関節２から二本の可動脚３
が延設されている。各可動脚３はいずれも同一構造を有
しており、その中間部と下部とにそれぞれ膝関節４及び
足首関節５を備えている。そして、足首関節５の下方に
６軸力センサ６を介して大略平板状の足平部７が取着さ
れ、この足平部７の足底７ａにはゴム等の弾性材８（図
３参照）が固着されている。

【００２４】尚、各関節２，４，５の屈曲あるいは揺動
動作は図示しないモータ等のアクチュエータにより行わ
れるようになっている。

【００２５】図３を参照して、前記６軸力センサ６は、
周知の構造のものであり、足首関節５と足平部７との間
で足底７ａから足首関節５側に所定間隔ｈを存する箇所
に、足平部７と一体的に動くように設けられている。そ
して、該６軸力センサ６は、ロボットＲの移動（歩行）
に際して、足平部７が床（階段面Ｓs や階段Ｓのエッジ
Ｓe ）から受ける抗力Ｆ（床反力）によって該６軸力セ
ンサ６に作用する力の３軸（３本の空間直交座標軸）方
向の力成分及びその力による６軸力センサ６の検出基準
点Ｑにおける各軸回りのモーメントを検出し、その検出
値に応じた信号を出力する。尚、ここで６軸力センサ６
の検出基準点Ｑはセンサ固有の点であり、該センサ６は
この点Ｑに作用する力とモーメントとを検出する。

【００２６】すなわち、例えば図３に示すように６軸力
センサ６上に、足平部７の前後方向（長手方向）をＸ
軸、足平部７の左右方向（幅方向。図３では紙面に垂直
な方向）をＹ軸（図示せず）、足平部７の足底７ａに垂
直な方向をＺ軸とする空間直交座標軸を設定したとき、
６軸力センサ６は、前記抗力Ｆによって該６軸力センサ
６に作用する力の各軸Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の力成分Ｆx ，Ｆ
y , Ｆz （図３ではＦx，Ｆz のみを図示している）と
各軸Ｘ，Ｙ，Ｚ回りに生じるモーメントＭx ，Ｍy , Ｍ
z （図３ではＭy のみを図示している）に応じた信号を
出力する。尚、Ｚ軸は６軸力センサ６の検出基準点Ｑを
通るように設定されている。

【００２７】一方、図４のブロック図を参照して、ロボ
ットＲは、その歩行制御を行うためにマイクロコンピュ
ータにより構成されたコントローラ９を搭載しており、
このコントローラ９は、その機能的構成として、ロボッ
トＲを歩行させる際の歩幅や足運びの仕方等の歩行形態
を規定する各可動脚３の目標歩容を生成してその目標歩
容に対応した前記各関節２，４，５の目標関節角（各関
節２，４，５の曲げ角度の目標値）を算出する目標歩容
生成部１０と、その目標関節角に従って、各関節２，
４，５を図示しないアクチュエータを介して駆動・制御
する関節制御部１１と、ロボットＲが階段Ｓを昇降する
場合に、各可動脚３の足平部７が着床する際の足底７ａ
の着床開始接地位置（着床時に階段Ｓの階段面Ｓs やエ
ッジＳe に最初に接触する足底７ａの部位の位置）や足
平部７が離床する際の足底７ａの離床終了位置（離床時
に階段Ｓの階段面Ｓs やエッジＳe から最後に離間する
足底７ａの部位の位置）を求める接地位置検出処理部１
２とを各可動脚３毎に備えている。

【００２８】前記目標歩容生成部１０は、基本的には、
人が歩行する場合と同様に、各可動脚３の足平部７の踵
側から着床を開始して、さらに、足平部７の爪先側まで
足底７ａを着床させ、続いて、足平部７の踵側から離床
を開始して、最後に足平部７の爪先側を離床させるよう
に目標歩容を生成する（図１及び図２参照）。また、目
標歩容生成部１０は、ロボットＲが階段Ｓを昇る場合に
は、図１に示すように足平部７の踵側を階段Ｓのエッジ
Ｓe から若干はみださせ、また、階段Ｓを降りる場合に
は、図２に示すように足平部７の爪先側を階段Ｓのエッ
ジＳe から多少はみださせるように目標歩容を生成す
る。従って、該目標歩容は、階段Ｓの上りでは、足底７
ａの着床開始時に足底７ａが階段ＳのエッジＳe に線接
触し、また、階段Ｓの下りでは、足底７ａの離床終了時
に足底７ａがエッジＳe に線接触すように生成される。

【００２９】また、接地位置検出処理部１２は、各可動
脚３の６軸力センサ６から得られる６種類の検出値Ｆx
，Ｆy , Ｆz ，Ｍx ，Ｍy , Ｍz のうち、前記Ｘ軸及
びＺ軸方向の力成分Ｆx ，Ｆz 及びＹ軸回りのモーメン
トＭy から、足平部７の足底７ａが床（階段Ｓの階段面
Ｓs やエッジＳe ）から受ける抗力の中心位置（以下、
床反力中心という）を所定の演算式により逐次（時々刻
々）算出する床反力中心算出部１３と、この床反力中心
と６軸力センサ６から得られる前記Ｚ軸方向の力成分Ｆ
z とに基づき、足底７ａの前記着床開始接地位置や離床
終了接地位置を推定する接地位置推定部１４とにより構
成されている。

【００３０】ここで、上記床反力中心算出部１３及び接
地位置推定部１４を説明する前に、本発明による着床開
始接地位置や離床終了接地位置の検出を行う原理につい
て説明しておく。

【００３１】図３を参照して、ロボットＲが例えば階段
Ｓを昇る場合において、可動脚３の足平部７の足底７ａ
が、前述のような歩容によって階段ＳのエッジＳe から
階段面Ｓs への着床を開始したとき、その着床開始時に
足底７ａが階段Ｓから受ける床反力Ｆ（抗力）の中心、
すなわち床反力中心は、該足底７ａのエッジＳe との接
触位置であり、この接触位置は前記着床開始接地位置で
ある。同様に、ロボットＲが例えば階段Ｓを降る場合に
おいて、足底７ａの離床終了時における階段Ｓから足底
７ａへの床反力中心は、該足底７ａのエッジＳe との接
触位置であり、この接触位置は前記離床終了接地位置で
ある（図２参照）。従って、足底７ａの着床開始時や離
床終了時の足底７ａへの床反力中心の位置により、足底
７ａの着床開始接地位置や離床終了接地位置が判ること
となる。

【００３２】一方、例えば図３の着床開始状態におい
て、足底７ａ面上に、該足底７ａ面がこれに垂直な前記
Ｚ軸と交差する点（６軸力センサ６の検出基準点Ｑの直
下の点）を基準点Ｐとして設定し、この基準点Ｐを通っ
て前記Ｙ軸に平行な軸（基準点Ｐを通って図３の紙面に
垂直な軸）回りのモーメントをＭ'yとすると、このモー
メントＭ'yは、６軸センサ６により検出されるＸ軸方向
の力成分Ｆx と、Ｙ軸回りのモーメントＭy と、足底７
ａ面から６軸力センサ６の検出基準点Ｑまでの間隔ｈ
（所定値）とを用いて、次式（１）により表される。

【００３３】Ｍ'y＝Ｍy ＋Ｆx ・ｈ ……（１）尚、ここでは、Ｘ軸方向の力成分Ｆx の正方向は、Ｘ軸
の矢印向きの方向（可動脚３の前方向き）であり、図３
ではＦx ＜０である。また、モーメントＭ'y，Ｍy の正
方向は図３の矢印の向きである。

【００３４】さらに、上記基準点Ｐ回りのモーメント
Ｍ'yは、６軸センサ６により検出されるＺ軸方向の力成
分Ｆz 、すなわち、床反力ＦのＺ軸方向成分Ｆz と、基
準点Ｐから足底７ａの床反力中心までの距離ｘ（床反力
中心のＸ軸座標。図３ではｘ＜０）とを用いて、次式
（２）により表される。

【００３５】Ｍ'y＝−Ｆz ・ｘ ……（２）尚、ここでは力成分Ｆz の正方向は、Ｚ軸の矢印向きの
方向（上向き）である。

【００３６】そして、上記式（１），（２）から、次式
（３）が得られる。

【００３７】ｘ＝−Ｍ'y／Ｆz ＝−（Ｍy ＋Ｆx ・ｈ）／Ｆz ……（３）尚、詳細な説明は省略するが、この式（３）は、階段Ｓ
の下りにおける足底７ａの離床終了時の床反力中心につ
いても同様に得られる。

【００３８】従って、階段Ｓの上りにおける足底７ａの
着床開始時の床反力中心の位置や階段Ｓの下りにおける
足底７ａの離床終了時の床反力中心の位置が、それらの
時点で６軸力センサ６により検出されるＸ軸及びＺ軸方
向の力成分Ｆx ，Ｆz とＹ軸回りのモーメントＭy とを
用いた式（３）により、基準点ＰからのＸ軸方向の距離
ｘ（床反力中心のＸ軸座標。以下、これを床反力中心の
位置ｘと称する）として求めることができる。そして、
このとき、６軸力センサ６の検出値にノイズ成分等が含
まれていなければ、足底７ａの着床開始時や離床終了時
に式（３）により求められる床反力中心の位置は、それ
ぞれ足底７ａの前記着床開始接地位置及び離床終了接地
位置を示すものとなり、これにより該着床開始接地位置
及び離床終了接地位置を検出することができることとな
る。

【００３９】尚、前記着床開始接地位置及び離床終了接
地位置は、それぞれ着床開始時及び離床終了時における
足底７ａの基準点Ｐに対する階段ＳのエッジＳe の位置
を示すものとなる。

【００４０】以上のことを前提として、前記床反力中心
算出部１３は、６軸力センサ６から逐次得られるＸ軸及
びＺ軸方向の力成分Ｆx ，Ｆz 及びＹ軸回りのモーメン
トＭy から前記式（３）により、床反力中心の位置ｘを
時々刻々求める。あるいは換言すれば、力成分Ｆx とモ
ーメントＭy とから式（１）によりモーメントＭ'yを求
めて、このＭ'yと力成分Ｆz とから式（３）により床反
力中心の位置ｘを時々刻々求める。

【００４１】尚、６軸力センサ６の検出基準点Ｑを足底
７ａの基準点Ｐ又はその近傍に設定しておくことも可能
であり、この場合には検出基準点Ｑから足底７ａまでの
間隔ｈが「０」となって、式（３）の「Ｆx ・ｈ」の項
が無視でき、式（１）でＭ'y＝Ｍy となるので、式
（３）の代わりに次式（４）を用いて床反力中心の位置
ｘを求めてもよい。

【００４２】ｘ＝−Ｍy ／Ｆz ……（４）この場合には、Ｘ軸方向の力成分Ｆx は不要である。

【００４３】また、接地位置推定部１４は、６軸力セン
サ６から逐次得られるＺ軸方向の力成分Ｆz に基づき、
階段Ｓの昇降時の足底７ａの着床開始時点や離床終了時
点を検知し（これについては後述する）、その検知時点
で床反力中心算出部１３により算出された床反力中心の
位置ｘを前記着床開始接地位置や離床終了接地位置とし
て推定する。

【００４４】次に本実施形態におけるロボットＲの歩行
時の作動、特に、階段Ｓを昇降する場合の作動を図５及
び図６のフローチャートを参照して説明する。

【００４５】コントローラ９は、ロボットＲの歩行に際
して、図５に示すようなメインルーチン処理を所定のサ
イクルタイム毎に行う。

【００４６】すなわち、コントローラ９は、前記目標歩
容生成部１０により、前述の如くロボットＲの各可動脚
３の目標歩容を生成して、その目標歩容に対応した各関
節２，４，５の目標関節角を算出する（ＳＴＥＰ１）。

【００４７】次いで、接地位置検出処理部１２により各
可動脚３の足底７ａの前記着床開始接地位置や離床終了
接地位置を検出するための接地位置検出サブルーチンを
処理する（ＳＴＥＰ２）。

【００４８】この接地位置検出サブルーチンは、図６の
フローチャートに示すように行われる。

【００４９】すなわち、接地位置検出処理部１２は、床
反力中心算出部１３により、各可動脚３について、各可
動脚３の６軸力センサ６により今現在検出された前記Ｘ
軸方向の力成分Ｆx と、Ｚ軸方向の力成分Ｆz （垂直
力）と、Ｙ軸回りのモーメントＭy とを用いて、前記
（３）式により床反力中心の位置ｘを算出する（ＳＴＥ
Ｐ６−１）。あるいは、６軸力センサ６の検出基準点Ｑ
を足底７ａに設定した場合には、Ｚ軸方向の力成分Ｆz
（垂直力）と、Ｙ軸回りのモーメントＭy とを用いて、
前記（４）式により床反力中心の位置ｘを算出する。

【００５０】次いで、接地位置検出処理部１２は、前記
目標歩容生成部１０から与えられる目標歩容によって、
今現在の各可動脚３の足平部７が着床を開始しようとし
ている動作段階にあるか、あるいは、該足平部７の離床
を終了しようとしている動作段階にあるかを判断し（Ｓ
ＴＥＰ６−２）、この判断で上記の動作段階でない場合
には、図５のメインルーチンに復帰する。

【００５１】一方、ＳＴＥＰ６−２の判断で、上記の動
作段階にある場合には、次に、接地位置検出処理部１２
は、例えば前記目標歩容によって、ロボットＲが階段Ｓ
を昇る状態であるか階段Ｓを降りる状態であるかを判断
し（ＳＴＥＰ６−３）、いずれの状態でもない場合（例
えば平地を歩行している場合）には、図５のメインルー
チンに復帰する。

【００５２】そして、ＳＴＥＰ６−３の判断で階段Ｓを
昇る状態である場合には、着床しようとしている動作段
階の可動脚３（以下、ここでは着床側可動脚３という）
に対応する接地位置検出処理部１２は、図示しない時刻
タイマによって把握される現在時刻が前記目標歩容によ
って定まる該着床側可動脚３の着床予定時刻の近傍にあ
り、且つ、前回のサイクルタイムで該着床側可動脚３の
６軸力センサ６により検出されたＺ軸方向の力成分Ｆz
(i-1)（ｉは今回のサイクルタイムの番数を示す）が、
足平部７の着床開始時に生じるＺ軸方向の力成分Ｆz と
してあらかじめ定めた設定値Ｆz1よりも小さく、且つ、
前回のサイクルタイムで該着床側可動脚３の６軸力セン
サ６により検出されたＺ軸方向の力成分Ｆz(i)が上記設
定値Ｆz1以上であるか、これらの条件が満たされないか
により、着床側可動脚３の足平部７が着床を開始したか
否かを前記接地位置推定部１４により判断する（ＳＴＥ
Ｐ６−４。着床開始時点の検知）。そして、この判断で
上記の条件が満たされない場合（未着床状態）には、図
５のメインルーチンに復帰し、また、上記の条件が満た
された場合（着床開始状態）には、接地位置推定部１４
は前記ＳＴＥＰ６−１で着床側可動脚３について算出さ
れた床反力中心の位置ｘを足底７ａの着床開始接地位置
（着床開始時における足底７ａに対する階段Ｓのエッジ
Ｓe の位置）として目標歩容生成部１０に出力し（ＳＴ
ＥＰ６−５）、その後、メインルーチンに復帰する。

【００５３】この場合、着床側可動脚３の足平部７が未
着床状態から着床を開始したとき、足平部７の足底７ａ
に抗力Ｆが付与されていない状態から急に抗力Ｆを付与
されるため、前記ＳＴＥＰ６−４の判断で、Ｆz(i-1)＜
Ｆz1、且つＦz(i)≧Ｆz1の条件が満たされることで、基
本的には足平部７が着床を開始したと判断することがで
きる。但し、着床に際して、足平部７が何らかの異物等
に接触して、Ｆz(i-1)＜Ｆz1、且つＦz(i)≧Ｆz1の条件
が満たされてしまうことも考えられ、このため、本実施
形態ではこの条件に加えて、さらに現在時刻が着床予定
時刻の近傍であるか否かの条件を加味することで、足平
部７の着床開始時点の検知をより確実なものとしてい
る。

【００５４】また、前記ＳＴＥＰ６−３の判断で、階段
Ｓを降りる状態である場合には、離床しようとしている
可動脚３（以下、ここでは離床側可動脚３という）に対
応する接地位置検出処理部１２は、前記ＳＴＥＰ６−４
の判断と同様に、現在時刻が前記目標歩容によって定ま
る該離床側可動脚３の離床予定時刻の近傍にあり、且
つ、前回のサイクルタイムで該離床側可動脚３の６軸力
センサ６により検出されたＺ軸方向の力成分Ｆz(i-1)
が、足平部７の離床終了時に生じるＺ軸方向の力成分Ｆ
z としてあらかじめ定めた設定値Ｆz2よりも大きく、且
つ、今回のサイクルタイムで該離床側可動脚３の６軸力
センサ６により検出されたＺ軸方向の力成分Ｆz(i)が上
記設定値Ｆz2以下であるか、これらの条件が満たされな
いかにより、離床側可動脚３の足平部７が離床を終了し
たか否かを前記接地位置推定部１４により判断する（Ｓ
ＴＥＰ６−６。離床終了時点の検知）。そして、この判
断で上記の条件が満たされない場合（離床未終了状態）
には、図５のメインルーチンに復帰し、また、上記の条
件が満たされた場合（離床終了状態）には、接地位置推
定部１４は前記ＳＴＥＰ６−１で離床側可動脚３につい
て算出された床反力中心の位置ｘを足底７ａの離床終了
接地位置（離床終了時における足底７ａに対する階段Ｓ
のエッジＳe の位置）として目標歩容生成部１０に出力
し（ＳＴＥＰ６−７）、その後、メインルーチンに復帰
する。

【００５５】この場合、離床側可動脚３の足平部７が離
床未終了状態から離床を終了したとき、足平部７の足底
７ａに比較的大きな抗力Ｆが付与されていない状態から
抗力Ｆが急減するため、前記ＳＴＥＰ６−５の判断で、
Ｆz(i-1)＞Ｆz1、且つＦz(i)≦Ｆz1の条件が満たされる
ことで、基本的には足平部７が離床を終了したと判断す
ることができる。そして、本実施形態ではこの条件に加
えて、さらに現在時刻が離床予定時刻の近傍であるか否
かの条件を加味することで、足平部７の離床終了時点の
検知をより確実なものとしている。

【００５６】次に図５に戻って、前述のような接地位置
検出処理部１２による接地位置検出サブルーチンの処理
（ＳＴＥＰ２）が行われた後、コントローラ９は次回の
サイクルタイム以後に目標歩容生成部１０により生成さ
れる各可動脚３の目標歩容を規定する歩幅等のパラメー
タを、前記接地位置検出部１２により前述の如く得られ
た着床開始接地位置や離床終了接地位置に基づき適宜修
正する（ＳＴＥＰ３）。

【００５７】具体的には、例えば階段Ｓを昇る場合にお
いて、着床開始接地位置が前記着床側可動脚３の足平部
７の踵側よりも爪先側に偏っている場合には、該着床側
可動脚３と異なる他方の可動脚３を次に離床・着床する
に際して、該他方の可動脚の歩幅を若干大きくするよう
にパラメータを修正する。また、例えば着床開始接地位
置が前記着床側可動脚３の足平部７の踵の先端（足平部
７の後端）である場合、すなわち、該着床側可動脚３が
階段Ｓの階段面Ｓs 内（エッジＳe を除く）で着床を開
始した場合には、次に離床・着床する上記他方の可動脚
の歩幅を小さくするようにパラメータを修正する。

【００５８】さらに、階段Ｓを降りる場合にあっては、
離床終了接地位置が前記離床側可動脚３の足平部７の爪
先側よりも踵側に偏っている場合には、該離床側可動脚
３を次に着床するに際しての歩幅を若干小さくするよう
にパラメータを修正し、逆に、離床終了接地位置が前記
離床側可動脚３の足平部７の爪先部である場合、すなわ
ち、該離床側可動脚３が階段Ｓの階段面Ｓs 内（エッジ
Ｓe を除く）で離床した場合には、該離床側可動脚３を
次に着床するに際しての歩幅を大きくするようにパラメ
ータを修正する。

【００５９】そして、コントローラ９はこのような修正
を適宜行った後、目標歩容生成部１０により算出された
各関節２，４，５の目標関節角に従って、前記関節制御
部１１により各関節２，４，５を図示しないアクチュエ
ータを介して駆動する（ＳＴＥＰ４）。

【００６０】以上のようなロボットＲの歩行制御によ
り、階段Ｓを昇る際の歩容や、階段Ｓを降りる際の歩容
が足底７ａの着床開始接地位置や離床終了接地位置に応
じて適宜修正されるので、ロボットＲによる階段Ｓの昇
降を、該ロボットＲが階段Ｓを踏み外したりすることな
く安定して行うことができる。そして、このような歩行
制御のための着床開始接地位置や離床終了接地位置は６
軸力センサ６からの検出値Ｆx,Ｆz,Ｍy （検出値Ｆx,Ｍ
y から得られるモーメントＭ'yと検出値Ｆz ）、あるい
は検出値Ｆz,Ｍy （６軸力センサ６の検出基準点Ｑを足
底７ａに設定した場合）により簡単な演算処理で求める
ことができる。また、６軸力センサ６は、足平部７の上
方に配置されて床に接触することがないため、該センサ
６の損傷を生じることなく耐久性を高めることができ
る。

【００６１】尚、本実施形態では、床反力中心の位置ｘ
を逐次求めておくようにしたが、Ｚ軸方向の力成分Ｆz
により把握される着床開始時点や離床終了時点で６軸力
センサ６の検出値から前記式（３）により床反力中心の
位置ｘを求め、これをそのまま足底７ａの着床開始接地
位置や離床終了接地位置として推定するようにしてもよ
い。

【００６２】次に、本発明の第２の実施形態を図７乃至
図１５を参照して説明する。尚、本実施形態における脚
式移動ロボットは前記第１の実施形態のものと同一の二
足歩行型のものであるので、該ロボットの構成について
は、前記図１乃至図３の参照符号を用いて説明を省略す
る。

【００６３】図７のブロック図を参照して、本実施形態
では、ロボットＲには、第１の実施形態と同様にコント
ローラ９が搭載され、このコントローラ９には、図４に
示したものと同一の目標歩容生成部１０及び関節制御部
１１を各可動脚３毎に具備すると共に、前述の接地位置
検出処理部１２と同様の機能を担う接地位置検出処理部
１５も備えられている。

【００６４】この接地位置検出処理部１５は、第１の実
施形態と同様に各可動脚３の６軸力センサ６の検出値Ｆ
x,Ｆz,Ｍy から前記式（３）により床反力中心の位置ｘ
を所定のサイクルタイム毎に求める反力中心算出部１３
を備える一方、この算出された床反力中心の位置ｘのデ
ータを所定数Ｎ個分、時系列的に記憶保持するバッファ
テーブル１６（本実施形態ではリングバッファ）と、６
軸力センサ６のＺ軸方向の力成分の検出値Ｆz に基づ
き、各可動脚３の足平部７の足底７ａの着床や離床の検
知（着床開始時点や離床開始時点の検知）を行う着床／
離床判別部１７と、この着床／離床判別部１７による足
底７ａの着床や離床の検知に基づき、反力中心算出部１
３により算出された床反力中心の位置ｘのデータのバッ
ファテーブル１６への書き込みを該バッファテーブル１
６に指示するテーブル書き込み指令部１６ａと、該バッ
ファテーブル１６に最終的に書き込まれたＮ個の床反力
中心の位置ｘのデータから足底７ａの前記着床開始接地
位置や離床終了接地位置を推定する接地位置推定部１８
とを備えている。

【００６５】次に、本実施形態におけるロボットＲの歩
行時の作動、特に、階段Ｓを昇降する場合の作動を、前
記接地位置検出処理部１５の各部の詳細と併せて図８乃
至図１０のフローチャート、並びに図１１乃至図１５の
説明図を参照して説明する。

【００６６】本実施形態では、コントローラ９は、ロボ
ットＲの歩行に際して、前記第１の実施形態と同様に、
前記図５に示すようなメインルーチン処理を所定のサイ
クルタイム毎に行う。そして、この場合、同図５のＳＴ
ＥＰ２の接地位置検出サブルーチン処理において、コン
トローラ９の接地位置検出処理部１５が次のように着床
開始接地位置や離床終了接地位置を求める。

【００６７】すなわち、図８を参照して、接地位置検出
処理部１５は、図５のＳＴＥＰ２のサブルーチン処理に
おいて、まず、前記第１の実施形態と同様に、床反力中
心算出部１３により、各可動脚３について、各可動脚３
の６軸力センサ６による今現在の検出値Ｆx,Ｆz,Ｍy を
用いて、前記（３）式により床反力中心の位置ｘを算出
する（ＳＴＥＰ８−１）。あるいは、６軸力センサ６の
検出基準点Ｑを足底７ａに設定した場合には、Ｚ軸方向
の力成分Ｆz （垂直力）と、Ｙ軸回りのモーメントＭy
とを用いて、前記（４）式により床反力中心の位置ｘを
算出する。

【００６８】次いで、接地位置検出処理部１５は、例え
ば前記目標歩容生成部１０から与えられる目標歩容によ
って、各可動脚３の足平部７が着床をしようとする動作
の開始状態にあるか否か（例えば該足平部７が最も上昇
している状態にあるか否か）を判断し（ＳＴＥＰ８−
２）、この判断で上記の状態でない場合には、次のＳＴ
ＥＰ８−４に進み、上記の状態である場合には、前記バ
ッファテーブル１６のデータの書き込みエリアの番地を
示すカウンタの値CNT を「０」に設定した後（ＳＴＥＰ
８−３）、ＳＴＥＰ８−４に進む。

【００６９】ＳＴＥＰ８−４では、足平部７が着床しよ
うとする動作を開始した着床側可動脚３に対応する接地
位置検出処理部１５が、前記第１の実施形態と同様にロ
ボットＲが階段Ｓを昇る状態であるか階段Ｓを降りる状
態であるかを判断し、いずれの状態でもない場合（例え
ば平地を歩行している場合）には、図５のメインルーチ
ンに復帰する。

【００７０】そして、ＳＴＥＰ８−４の判断で階段Ｓを
昇る状態である場合には、着床側可動脚可動脚３に対応
する接地位置検出処理部１５は、現在時刻が前記目標歩
容によって定まる該可動脚３の着床予定時刻の近傍にあ
り、且つ、今回のサイクルタイムで該可動脚３の６軸力
センサ６により検出されたＺ軸方向の力成分Ｆz(i)があ
らかじめ定めた設定値Ｆz1よりも大きいか、これらの条
件が満たされないかにより、該可動脚３の足平部７が着
床を開始したか否かを前記着床／離床判別部１７により
判断する（ＳＴＥＰ８−５。着床開始時点の検知）。そ
して、この判断で上記の条件が満たされない場合（未着
床状態）には、図５のメインルーチンに復帰し、また、
上記の条件が満たされた場合（着床開始状態）には、こ
の着床／離床判別部１７による着床開始の検知に応じて
前記テーブル書き込み指令部１６ａにより、今現在の前
記カウンタの値CNT により示される番地CNT の書き込み
エリアへのデータの書き込みを前記バッファテーブル１
６に指令し、このとき、該バッファテーブル１６の番地
CNT の書き込みエリアに、前記床反力中心算出部１３に
より算出された今現在の床反力中心の位置ｘが書き込ま
れる（ＳＴＥＰ８−６）。

【００７１】さらに、この後、接地位置検出処理部１５
はカウンタの値CNT を「１」だけ増加させた後（ＳＴＥ
Ｐ８−７）、カウンタの値CNT が所定数Ｎに達したか否
かを判断し（ＳＴＥＰ８−８）、CNT ＜Ｎである場合に
は、図５のメインルーチンに復帰する。

【００７２】以上のような処理によって、ロボットＲが
階段Ｓを昇る際には、各可動脚３に対応する接地位置検
出処理部１５のバッファテーブル１６には、前記着床／
離床判別部１７により可動脚３の着床が検知された時点
から前記サイクルタイム毎に、バッファテーブル１６の
０番地の書き込みエリアからＮ−１番地の書き込みエリ
アまで、Ｎ個の床反力中心の位置ｘのデータが時系列的
に記憶される。換言すれば、可動脚３の着床が検知され
た時点から（サイクルタイム×Ｎ）の経過時間までのサ
イクルタイム毎の床反力中心の位置ｘのデータが時系列
的に記憶される。

【００７３】そして、このようにしてバッファテーブル
１６にＮ個のデータが書き込まれ、前記ＳＴＥＰ８−８
の判断でCNT ＝Ｎとなると、次に、接地位置検出処理部
１５は、前記接地位置推定部１８により、テーブルデー
タの処理サブルーチンを実行して（ＳＴＥＰ８−９）、
バッファテーブル１６に最終的に書き込まれたＮ個の床
反力中心の位置ｘのデータから足底７ａの着床開始接地
位置を推定する。尚、このＳＴＥＰ８−９のサブルーチ
ン処理については後述する。一方、ＳＴＥＰ８−４の判
断で階段Ｓを降りる状態である場合には、着床側可動脚
可動脚３に対応する接地位置検出処理部１５は、前記Ｓ
ＴＥＰ８−５の判断処理と全く同じ条件判断にて、該可
動脚３の足平部７が着床を開始したか否かを前記着床／
離床判別部１７により判断する（ＳＴＥＰ８−１０）。
そして、この判断で着床開始が検知さない場合には、図
５のメインルーチンに復帰し、また、着床開始が検知さ
れた場合には、前記ＳＴＥＰ８−６と同様に、テーブル
書き込み指令部１６ａにより、今現在の前記カウンタの
値CNT により示される番地CNTの書き込みエリアへのデ
ータの書き込みを前記バッファテーブル１６に指令し
て、該バッファテーブル１６の番地CNT の書き込みエリ
アに、前記床反力中心算出部１３により算出された今現
在の床反力中心の位置ｘを書き込む（ＳＴＥＰ８−１
１）。

【００７４】さらに、この後、接地位置検出処理部１５
はカウンタの値CNT を「１」だけ増加させた後（ＳＴＥ
Ｐ８−１２）、カウンタの値CNT が所定数Ｎに達したか
否かを判断し（ＳＴＥＰ８−１３）、CNT ＜Ｎである場
合には、図５のメインルーチンに復帰する。そして、Ｓ
ＴＥＰ８−１３でCNT ＝Ｎとなると、次に、接地位置検
出処理部１５はカウンタの値CNT を「０」にリセットし
た後（ＳＴＥＰ８−１４）、前記着床／離床判別部１７
により、今回のサイクルタイムで該可動脚３の６軸力セ
ンサ６により検出されたＺ軸方向の力成分Ｆz(i)があら
かじめ定めた設定値Ｆz2よりも小さいか否かにより、足
底７ａの離床終了を検知し（ＳＴＥＰ８−１５）、この
とき、Ｆz(i)≧Ｆz2であるとき（離床未終了状態）に
は、メインルーチンに復帰する。

【００７５】以上のような処理によって、ロボットＲが
階段Ｓを降りる際には、各可動脚３に対応する接地位置
検出処理部１５のバッファテーブル１６には、前記着床
／離床判別部１７により可動脚３の着床が検知された時
点から前記サイクルタイム毎に、バッファテーブル１６
の０番地の書き込みエリアからＮ−１番地の書き込みエ
リアまで、床反力中心の位置ｘのデータが循環的に更新
されつつ書き込まれていき、最終的には、着床／離床判
別部１７により足底７ａの離床終了（Ｆz(i)＜Ｆz2）が
検知された時点で、その時点から（サイクルタイム×
Ｎ）の時間前までのＮ個の床反力中心の位置ｘのデータ
がバッファテーブル１６に時系列的に記憶される。

【００７６】そして、このようにして足底７ａの離床終
了の検知時点から（サイクルタイム×Ｎ）の時間前まで
のＮ個の床反力中心の位置ｘのデータが最終的にバッフ
ァテーブル１６に記憶され、前記ＳＴＥＰ８−１５でＦ
z(i)＜Ｆz2となると、次に、接地位置検出処理部１５
は、前記接地位置推定部１８により、テーブルデータの
処理サブルーチンを実行して（ＳＴＥＰ８−１６）、バ
ッファテーブル１６に最終的に書き込まれたＮ個の床反
力中心の位置ｘのデータから足底７ａの離床終了接地位
置を推定する。尚、このＳＴＥＰ８−１６のサブルーチ
ン処理については後述する。

【００７７】ここで、前記ＳＴＥＰ８−９及び８−１６
のサブルーチン処理を説明する前に、バッファテーブル
１６に書き込まれる床反力中心の位置ｘのデータについ
て説明しておく。

【００７８】階段ＳをロボットＲが昇る場合において、
各可動脚３の足平部７は図１１に示すように着床開始時
から離床終了時まで階段Ｓの階段面Ｓs やエッジＳe に
接触し、このとき、足平部７の足底７ａが受ける実際の
床反力ＦのＺ軸方向の成分Ｆz は、図１２の下段に示す
ように時間的に変化し、また、実際の床反力中心の位置
ｘは図１２の上段に示すように変化する。

【００７９】同様に、階段ＳをロボットＲが昇る場合に
おいて、各可動脚３の足平部７は図１３に示すように着
床開始時から離床終了時まで階段Ｓの階段面Ｓs やエッ
ジＳe に接触し、このとき、足平部７の足底７ａが受け
る実際の床反力ＦのＺ軸方向の成分Ｆz は、図１４の下
段に示すように時間的に変化し、また、実際の床反力中
心の位置ｘは図１４の上段に示すように変化する。

【００８０】尚、これらの図１１及び図１３のｔut，ｔ
ulは、それぞれ実際に着床が開始した瞬間の時刻及び実
際に離床が終了する瞬間の時刻、ｘu1，ｘu2はそれらの
時刻ｔut，ｔulにおける実際の床反力中心の位置ｘ（実
際の着床開始接地位置及び離床終了接地位置）である。
同様に、図１３及び図１４のｔdt，ｔdlは、それぞれ実
際に着床が開始した瞬間の時刻及び実際に離床が終了す
る瞬間の時刻、ｘd1，ｘd2はそれらの時刻ｔdt，ｔdlに
おける床反力中心の位置ｘ（実際の着床開始接地位置及
び離床終了接地位置）である。

【００８１】また、図１２及び図１４において、ｔonは
前記バッファテーブル１６に最終的に書き込まれたデー
タ（床反力中心算出部１３により算出された床反力中心
の位置データ）の書き込み開始時刻、ｔ0ff は該データ
の書き込み終了時刻であり、この書き込み開始時刻ｔon
から書き込み終了時刻ｔ0ff までのデータ取り込み期間
Ｔ（サイクルタム×Ｎ）でバッファテーブル１６に書き
込まれたＮ個のデータが最終的に該バッファテーブル１
６に保持される。尚、階段Ｓを昇る場合（図１２）の書
き込み開始時刻ｔonは、６軸力センサ６により検出され
るＦz がＦz ＞Ｆz1となって、前記着床／離床判別部１
７により着床開始が検知された時刻であり、階段Ｓを降
りる場合（図１４）の書き込み終了時刻ｔ0ff は、６軸
力センサ６により検出されるＦz がＦz ＜Ｆz2となっ
て、前記着床／離床判別部１７により離床終了が検知さ
れた時刻である。

【００８２】ここで、６軸力センサ６の検出値から前記
床反力中心算出部１３により算出される床反力中心の位
置ｘが高精度で、実際の床反力中心の位置に合致すると
仮定した場合には、例えば階段Ｓの昇り歩行において、
前記着床／離床判別部１７により着床開始が検知された
時刻（図１２の書き込み開始時刻ｔon）で床反力中心算
出部１３により算出される床反力中心の位置ｘは精度よ
く実際の着床開始接地位置ｘu1に合致し、また、階段Ｓ
の降り歩行において、前記着床／離床判別部１７により
離床終了が検知された時刻（図１４の書き込み終了時刻
ｔoff ）で床反力中心算出部１３により算出される床反
力中心の位置ｘは精度よく実際の離床終了接地位置ｘd2
に合致する。前述の第１の実施形態は、このような前提
の基で、着床開始接地位置や離床終了接地位置を求めた
ものである。

【００８３】しかるに、実際には、６軸力センサ６の検
出値に含まれるノイズ成分や、演算誤差、あるいは足平
部７の撓み等に起因して、前記床反力中心算出部１３に
より算出される床反力中心の位置ｘは、実際の床反力中
心の位置に対して誤差を生じる。このため、例えば階段
Ｓを昇る場合において、着床開始時から床反力中心算出
部１３により算出される床反力中心の位置ｘのデータ
は、図１５の白抜き点で示すように、実際の床反力中心
の位置に対してばらつきを生じたものとなり、このこと
は階段Ｓを降りる場合についても同様である。

【００８４】そこで、本実施形態では、このようなばら
つきを考慮して、バッファテーブル１６に最終的に保持
されたＮ個の床反力中心の位置ｘのデータから階段Ｓの
昇り歩行の際の着床開始接地位置や降り歩行の際の離床
終了接地位置を推定して求めるのであるが、この場合、
例えば前記Ｎ個の床反力中心の位置ｘのデータの平均値
を求めても、その平均値は、実際の着床開始接地位置ｘ
u1や離床終了接地位置ｘd2に精度よく合致するものとは
ならない。

【００８５】すなわち、例えば階段Ｓを昇る場合におい
て、着床開始時からの実際の床反力中心の位置は、図１
５に示すように変化するため、前記Ｎ個の床反力中心の
位置ｘのデータも大略的には実際の床反力中心の位置の
変化に追従して変化し、従って、該データの平均値ｍは
同図１５に示すような値となって、着床開始時の床反力
中心の位置（着床開始接地位置ｘu1）に対して誤差が比
較的大きなものとなる。このことは、階段Ｓを降りる場
合の離床終了接地位置についても同様である。

【００８６】一方、本願発明者等の各種検討・実験に基
づく知見によれば、例えば階段Ｓを昇る場合の図１５を
参照して、床反力中心の位置ｘのデータの分散の平方根
σ^1/ ²を上記平均値ｍに加えてなる値ｘs は、実際の着
床開始接地位置ｘu1に対して比較的精度よく合致するよ
うになる。同様に、階段Ｓを降りる場合でも、床反力中
心の位置ｘのデータの分散の平方根σ^1/2を該データの
平均値ｍに加えてなる値は、実際の離床終了接地位置ｘ
d2に対して比較的精度よく合致するようになる。さらに
は、上記分散の平方根σ^1/2に例えば「１」前後の適当
な補正係数を乗算してなる値を前記平均値ｍに加えるこ
とで、実際の離床終了接地位置ｘd2に対してさらに精度
を高めることもできる。尚、この場合、本実施形態で
は、床反力中心の位置ｘのデータは足平部７の踵側を負
側、爪先側を正側としているため（前記図３参照）、階
段Ｓを昇る場合に床反力中心の位置ｘのデータの分散の
平方根σ^1/2と上記補正係数との積を平均値ｍに加える
ということは、（ｍ−ｗ₁・σ^1/2）の演算を行うこと
を意味し（ｗ₁は補正係数でｗ₁＞０）、また、階段Ｓ
を降りる場合に床反力中心の位置ｘのデータの分散の平
方根σ^1/2と補正係数との積を平均値ｍに加えるという
ことは、（ｍ＋ｗ₂・σ^1/2）の演算を行うことを意味
する（ｗ₂は補正係数でｗ₂＞０）。

【００８７】以上説明したことを前提として、前記ＳＴ
ＥＰ８−９（階段Ｓを昇る場合）のサブルーチン処理で
は、前記接地位置検出処理部１５の接地位置推定部１８
は、図９のフローチャートに示すように、まず、前記バ
ッファテーブル１６に最終的に保持された床反力中心の
位置ｘのＮ個のデータから、その平均値ｍと分散σとを
求め（ＳＴＥＰ９−１）、次いで、これらの平均値ｍ
と、分散σの平方根σ^1/ ²にあらかじめ定めた補正係数
ｗ₁を乗算したものとの差（ｍ−ｗ₁・σ^1/2）を足平
部７の着床開始接地位置として算出する（ＳＴＥＰ９−
２）。

【００８８】また、ＳＴＥＰ８−１６（階段Ｓを降りる
場合）のサブルーチン処理では、図１０のフローチャー
トに示すように、図９の場合と同様に、バッファテーブ
ル１６に最終的に保持された床反力中心の位置ｘのＮ個
のデータから、その平均値ｍと分散σとを求めた後（Ｓ
ＴＥＰ１０−１）、これらの平均値ｍと、分散σの平方
根σ^1/2にあらかじめ定めた補正係数ｗ₂を乗算したも
のとの和（ｍ＋ｗ₂・σ^1/2）を足平部７の離床終了接
地位置として算出する（ＳＴＥＰ１０−２）。

【００８９】そして、このようにして階段Ｓを昇る場合
に求められた足平部７の着床開始接地位置や、階段Ｓを
降りる場合に求められた足平部７の離床終了接地位置
は、前記目標歩容生成部１０に与えられ、前記図５のメ
インルーチンにおいて、前記第１の実施形態と同様に、
ロボットＲの歩幅等の歩容パラメータが適宜修正され
る。

【００９０】以上のように、階段Ｓを昇る場合の着床開
始接地位置や、階段Ｓを降りる場合の離床終了接地位置
を求めてロボットＲの歩容を適宜修正することで、前記
第１の実施形態と同様に、ロボットＲによる階段Ｓの昇
降を、該ロボットＲが階段Ｓを踏み外したりすることな
く安定して行うことができる。そして、この場合、着床
開始接地位置や離床終了接地位置を精度よく求めること
ができるので、このようなロボットＲの歩行制御をより
安定して適正に行うことができる。また、この場合、着
床開始接地位置や離床終了接地位置を求めるに際して
は、６軸力センサ６の検出値Ｆx,Ｆz,Ｍy （検出値Ｆx,
Ｍy から得られるモーメントＭ'yと検出値Ｆz ）、ある
いは検出値Ｆz,Ｍy （６軸力センサ６の検出基準点Ｑを
足底７ａに設定した場合）から算出される床反力中心の
位置ｘの複数（Ｎ個）のデータを用いて算出するもの
の、その算出は単にそれらのデータの平均値ｍや分散σ
を求めることで行われるので、多大な演算負荷を要する
こともない。さらに、６軸力センサ６は、足平部７の上
方に配置されて床に接触することがないため、第１の実
施形態と同様に、該センサ６の損傷を生じることなく耐
久性を高めることができる。

【００９１】尚、以上説明した第１及び第２の実施形態
では、基本的には、足平部７の撓み等の変形が生じない
ものとして、着床開始接地位置や離床終了接地位置を求
めるようにしたが、床反力による足平部７の撓みを推定
し、この撓みによる影響を考慮して、着床開始接地位置
や離床終了接地位置を求めるようにするようにしてもよ
い。

【００９２】また、第２の実施形態のように複数の床反
力中心の位置ｘのデータを用いて着床開始接地位置や離
床終了接地位置を求める場合にあっては、例えば階段Ｓ
を昇る際には、位置ｘの複数のデータのうち、値の小さ
な方から所定数番目の値を有するデータを着床開始接地
位置として求めてもよく、逆に階段Ｓを降りる際には、
位置ｘの複数のデータのうち、値の大きな方から所定数
番目の値を有するデータを離床終了接地位置として求め
てもよい。さらには、位置ｘの複数のデータのうち、値
（ここでは絶対値）の大きな方から所定数番目までのデ
ータを省き、残りのデータから床開始接地位置や離床終
了接地位置を求めるようにしてもよい。

【００９３】また、第２の実施形態では、複数の床反力
中心の位置ｘのデータの平均値ｍ及び分散σを用いて着
床開始接地位置や離床終了接地位置を求めるようにした
が、例えば次のような手法で着床開始接地位置や離床終
了接地位置を求めるようにしてもよい。

【００９４】すなわち、例えば階段Ｓを昇る場合におい
て、足平部７の着床開始時からの床反力中心の位置ｘの
時間的変化が、多項式、例えば次の二次式（４）により
近似的に表されるものとし、ｘ(t) ＝ａ・ｔ²＋ｂ・ｔ＋ｃ ……（４）算出された床反力中心の位置ｘの複数のデータから、最
小二乗法により式（４）の係数ａ，ｂ，ｃを求めて該二
次式（４）を決定する。このとき、前記図１５を参照し
て、上記二次式（４）は例えば同図仮想線ｒで示すよう
に求められる。そして、同図を参照して、実際の着床開
始時刻から着床開始の検知時刻（書き込み開始時刻ｔo
n）までに要するものとしてあらかじめ予測した所定時
間Δｔu だけ、書き込み開始時刻ｔonから逆上った時刻
（ｔon−Δｔu ）における床反力中心の位置ｘを前述の
如く求めた二次式（４）により、着床開始接地位置とし
て求める。尚、同様の手法により、階段Ｓを降りる際
の、離床終了接地位置を求めることもできることはもち
ろんであり、また、さらに次数の高い多項式を最小二乗
法により求めて、その多項式から、着床開始接地位置や
離床終了接地位置を求めるようにすることも可能であ
る。

【００９５】このようにして、最小二乗法を用いて複数
の床反力中心の位置ｘのデータから着床開始接地位置や
離床終了接地位置を求めるようにしても、該着床開始接
地位置や離床終了接地位置を比較的精度よく求めること
が可能である。

【００９６】また、以上説明した各実施形態ではロボッ
トＲの階段の昇降時の着床開始接地位置や離床終了接地
位置の検出について説明したが、例えばロボットＲが凹
凸のある床を歩行する場合にも、前記各実施形態と同様
に、着床開始接地位置や離床終了接地位置を検出するこ
とができることはもちろんである。

【００９７】さらに前記各実施形態では二足歩行型のロ
ボットＲについて説明したが、さらに多くの可動脚を備
えるロボットについても本発明を適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態におけるロボットが階段を昇
る様子を示す模式的説明図。

【図２】本発明の実施形態におけるロボットが階段を降
りる様子を示す模式的説明図。

【図３】図１の部分拡大図。

【図４】本発明の第１の実施形態で図１及び図２のロボ
ットに搭載したコントローラのブロック図。

【図５】図４のコントローラによる処理を示すフローチ
ャート。

【図６】図４のコントローラによる処理を示すフローチ
ャート。

【図７】本発明の第２の実施形態で図１及び図２のロボ
ットに搭載したコントローラのブロック図。

【図８】図７のコントローラによる処理を示すフローチ
ャート。

【図９】図７のコントローラによる処理を示すフローチ
ャート。

【図１０】図７のコントローラによる処理を示すフロー
チャート。

【図１１】図１及び図２のロボットが階段を昇る際の着
床動作を示す説明図。

【図１２】図７のコントローラの処理を説明するための
説明図。

【図１３】図１及び図２のロボットが階段を降りる際の
着床動作を示す説明図。

【図１４】図７のコントローラの処理を説明するための
説明図。

【図１５】図７のコントローラの処理を説明するための
説明図。

【符号の説明】

Ｒ…二足歩行型ロボット（脚式移動ロボット）、３…可
動脚、６…６軸力センサ（力センサ）、７ａ…足底。

フロントページの続き (72)発明者長谷川忠明埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の可動脚の足底の着床・離床を繰り返
して移動する脚式移動ロボットにおいて、前記各可動脚
の足底面から該可動脚の基部側に離間した所定の部位
に、少なくとも前記足底面に垂直な方向に作用する垂直
力と、前記足底面の所定の基準点を通る該足底の左右方
向の軸回りのモーメントとを検出するための力センサを
設け、該力センサの出力から検出される前記垂直力に基
づき、各可動脚の足底の着床又は離床を検知し、その検
知時点又はその近傍の時間範囲において前記力センサの
出力から検出される前記垂直力及びモーメントから該足
底の着床開始接地位置又は離床終了接地位置を求めるこ
とを特徴とする脚式移動ロボットの足底接地位置検出装
置。
【請求項２】前記垂直力があらかじめ定めた所定値以上
に上昇した時、前記足底の着床を検知することを特徴と
する請求項１記載の脚式移動ロボットの足底接地位置検
出装置。
【請求項３】前記垂直力があらかじめ定めた所定値以下
に下降した時、前記足底の離床を検知することを特徴と
する請求項１記載の脚式移動ロボットの足底接地位置検
出装置。
【請求項４】前記力センサの出力から検出される前記垂
直力及びモーメントから前記足底に床から作用する抗力
の中心位置を時々刻々求め、前記足底の着床又は離床の
検知時点又はその近傍の時間範囲において求められた前
記中心位置により前記足底の着床開始接地位置又は離床
終了接地位置を求めることを特徴とする請求項１乃至３
のいずれかに記載の脚式移動ロボットの足底接地位置検
出装置。
【請求項５】前記着床の検知時点から所定時間後までに
求められた前記中心位置の時系列データに基づき前記足
底の着床開始接地位置を求めることを特徴とする請求項
４記載の脚式移動ロボットの足底接地位置検出装置。
【請求項６】前記離床の検知時点から所定時間前までに
求められた前記中心位置の時系列データに基づき前記足
底の離床終了接地位置を求めることを特徴とする請求項
４記載の脚式移動ロボットの足底接地位置検出装置。
【請求項７】前記中心位置の時系列データの平均値に、
該時系列データの分散の平方根、又は該平方根とあらか
じめ定めた所定の補正係数との積を加えたものを前記足
底の着床開始接地位置として求めることを特徴とする請
求項５又は６記載の脚式移動ロボットの足底接地位置検
出装置。